JP2004147461A - 回転電機駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】センサ配置数が少なく、製造コストが低く、ロータの磁極位置の検出精度が高い回転電機駆動装置を提供することを課題とする。
【解決手段】回転電機駆動装置１は、磁極を持つロータとステータコイルを持つステータとを有する回転電機２と、回転電機２の駆動制御を行うインバータ３と、を備える。回転電機駆動装置１は、さらに、ロータにおいて、磁極の位置を基準信号として検出する位置センサ４と、ロータにおいて、基準信号よりも波長の短いパルス信号を検出するパルスセンサ５と、を備える。インバータ３は、検出された基準信号およびパルス信号に基づき、磁極位置に対応するステータコイルに駆動信号を出力する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばアイドルストップシステムに用いられる回転電機駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回転電機駆動装置においては、ロータの磁極位置、回転数などに同期した位相、周波数を持つ交流電流を形成して、ステータコイルに給電している。そして、回転電機の駆動制御を行っている。したがって、ロータの磁極位置の検出は、駆動制御に重要である。
【０００３】
図５に示すように、ＭＧ（モータジェネレータ）１０１として三相交流回転機を用いた回転電機駆動装置１００においては、周方向に電気角で１２０゜ずつ離間して、合計三つのホールセンサ１０２、１０３、１０４が配置されている。そして、まずロータの磁極位置をホールセンサ１０２、１０３、１０４で検出し、次いで検出された磁極位置に対応したステータコイルに駆動信号を出力することにより、駆動制御を行っている。
【０００４】
また、特許文献１に記載の回転電機駆動装置においては、ホールセンサの代わりに、レゾルバ（角度検出器）を用いてロータの磁極位置を検出している。そして、駆動制御を行っている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−４１３９２号公報（第４頁、第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、回転電機駆動装置においては、ロータの磁極位置の検出精度を確保する必要がある。しかしながら、ホールセンサを用いてロータの磁極位置を検出する場合、検出精度を確保するためには、ステータコイルの相数に応じた数のホールセンサが必要となる。例えば、前出の図５に示す回転電機駆動装置１００においては、合計三つのホールセンサ１０２、１０３、１０４が必要である。
【０００７】
この点、レゾルバを用いてロータの磁極位置を検出すると、単一のレゾルバだけで、比較的高い検出精度を確保することができる。しかしながら、レゾルバを用いてロータの磁極位置を検出すると、レゾルバ用の励磁回路などが別途必要になる。このため、周辺回路が複雑化してしまう。したがって、製造コストが高くなる。
【０００８】
また、エンジンは、圧縮行程を持つピストン運動を行うため、始動のような低速回転ではトルクの変動が大きく、回転数変動も大きくなる。このため、ホールセンサ信号を使用し、回転数との演算での予測によりステータコイルに駆動信号を出力する方法では、駆動タイミングがずれてしまい起動に失敗する可能性がある。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みて完成されたものである。したがって、本発明はセンサ配置数が少なく、製造コストが低く、ロータの磁極位置の検出精度が高い回転電機駆動装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
（１）上記課題を解決するため、本発明の回転電機駆動装置は、磁極を持つロータとステータコイルを持つステータとを有する回転電機と、該回転電機の駆動制御を行うインバータと、を備えてなる回転電機駆動装置であって、さらに、前記ロータにおいて、前記磁極の位置を基準信号として検出する位置センサと、該ロータにおいて、該基準信号よりも波長の短いパルス信号を検出するパルスセンサと、を備え、前記インバータは、該検出された基準信号およびパルス信号に基づき、前記磁極位置に対応する前記ステータコイルに駆動信号を出力することを特徴とする。
【００１１】
つまり、本発明の回転電機駆動装置は、回転電機とインバータと位置センサとパルスセンサとを備えるものである。回転電機は、磁極を持つロータと、ステータコイルを持つステータと、を有する。位置センサは、ロータの磁極の位置を、基準信号として検出する。パルスセンサは、基準信号よりも短波長のパルス信号を検出する。パルス信号は、電気角での充分な分解能を有している。本発明の回転電機駆動装置では、基準信号とパルス信号という二つの信号に基づき、ロータの磁極位置を演算する。そして、演算された磁極位置に対応するステータコイルに、駆動信号を出力する。
【００１２】
本発明の回転電機駆動装置によると、ステータコイルの相数に応じた数のセンサを配置しなくても、ロータ磁極位置の検出精度を確保することができる。このため、センサ配置数を少なくすることができる。また、レゾルバなどを配置しなくても、ロータの磁極位置の検出精度を確保することができる。このため、製造コストが低い。
【００１３】
（２）好ましくは、前記インバータは、所望の電動トルクを確保するために、前記回転電機の回転速度に応じて前記駆動信号を進角させる構成とする方がよい。
【００１４】
エンジン回転速度が高くなると、逆起電力により所望の電動トルクが確保しにくくなる。そこで、所望の電動トルクを確保するために、前出の図５に示す従来の回転電機駆動装置では、駆動信号の進角が行われている。図６に、図５に示す従来の回転電機駆動装置の信号図を示す。ここで、図５に示すように、ホールセンサ１０２、１０３、１０４は、電気角で１２０°ごとに離間して配置されている。このため、図６に示すように、６０°ステップごとにしか駆動信号を進角させることができない。この点、本構成によると、基準信号およびパルス信号に基づいて、きめ細かい進角制御を行うことができる。したがって、所望の電動トルクを確保しやすい。
【００１５】
（３）好ましくは、上記（２）の構成において、前記インバータは、前記パルス信号単位で前記駆動信号を進角させる構成とする方がよい。本構成は、基準信号を基準としたパルス信号のカウント数により、駆動信号を進角させるものである。パルス信号は、電気角での充分な分解能を有している。したがって、本構成によると、比較的簡単に、きめ細かい進角制御を行うことができる。
【００１６】
（４）好ましくは、前記回転電機は、アイドルストップ後にエンジンを再始動するのに用いられるモータジェネレータである構成とする方がよい。アイドルストップシステムにおいて、ＭＧは、例えば渋滞や信号待ちなどの際、一旦停車した車両のエンジンを再始動させるのに用いられる。このため、ＭＧには、０回転からの起動トルクが要求される。ロータの磁極位置の検出精度が低いと、所望の電動トルクが確保できず、起動に失敗するおそれがある。
【００１７】
この点、本発明の回転電機駆動装置によると、磁極位置の検出精度が高い。このため、例えば、ＭＧ発電時つまり車両走行時に、基準信号およびパルス信号から磁極位置を演算し、演算した磁極位置を常に記憶することで、エンジンの再始動に必要な電動トルクを確保することができる。したがって、本発明の回転電機駆動装置は、本構成のようにアイドルストップシステムに利用するのに特に好適である。
【００１８】
（５）好ましくは、上記（４）の構成で、前記モータジェネレータは、外部に配置されたスタータと併用され、イグニッションスイッチ投入時においては該スタータによりエンジン始動を行い、イグニッションスイッチ投入後においては該モータジェネレータによりエンジン再始動を行う構成とする方がよい。つまり、本構成は、イグニッションスイッチ投入時すなわち初回のエンジン始動のみをスタータにより行い、それ以降のエンジン再始動をＭＧにより行うものである。本構成によると、スタータ単独でエンジン始動、再始動を行う場合と比較して、スタータの負荷が軽減される。このため、スタータの長寿命化を図ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の回転電機駆動装置の実施の形態について説明する。まず、本実施形態の回転電機駆動装置の構成について説明する。本実施形態の回転電機駆動装置は、アイドルストップシステムに組み込まれている。
【００２０】
このアイドルストップシステムは、イグニッションスイッチ投入時においては外部に配置されたスタータによりエンジン始動を行い、イグニッションスイッチ投入後においてはＭＧによりエンジン再始動を行うものである。具体的には、車速が０でかつイグニッションスイッチがＯＦＦの場合のみスタータによりエンジン始動を行い、車速が０でかつイグニッションスイッチがＯＮの場合はＭＧによりエンジン再始動を行うものである。
【００２１】
図１に、本実施形態の回転電機駆動装置の概要図を示す。図に示すように、回転電機駆動装置１は、ＭＧ２とインバータ３と位置センサ４とパルスセンサ５とを備ている。
【００２２】
ＭＧ２は、三相交流回転機であって、モータおよび発電機として機能する。ＭＧ２は、本発明の回転電機に含まれる。ＭＧ２のロータ軸（図略）は、エンジン（図略）のクランク軸とベルト連結されている。位置センサ４は、ロータ軸端に配置された回転部（図略）と、ステータに配置された検出回路（図略）と、からなる。位置センサ４は、ＭＧ２のロータ（図略）の磁極位置に対する基準信号を発信している。パルスセンサ５も、位置センサ４と同様に、回転部と検出回路とからなる。パルスセンサ５は、基準信号よりも波長の短いパルス信号を発信している。
【００２３】
インバータ３は、パワーＭＯＳ（金属−酸化膜−半導体トランジスタ）３０とドライブ回路３１とＰＷＭ重畳回路３２と通電相信号作成部３３とカウンタ回路３４と入力部３５とを備えている。入力部３５は、位置センサ４およびパルスセンサ５と接続されている。カウンタ回路３４は、入力部３５と接続されている。また、カウンタ回路３４には、外部制御装置（図略）から、位相信号が入力される。通電相信号作成部３３は、カウンタ回路３４と接続されている。ＰＷＭ重畳回路３２は、通電相信号作成部３３と接続されている。また、ＰＷＭ重畳回路３２には、外部制御装置から、ＰＷＭ信号が入力される。ドライブ回路３１は、ＰＷＭ重畳回路３２と接続されている。パワーＭＯＳ３０は、ドライブ回路３１と接続されている。また、パワーＭＯＳ３０は、前記ＭＧ２とバッテリ６との間に介挿されている。
【００２４】
次に、本実施形態の回転電機駆動装置のエンジン再始動時における動きについて説明する。例えば、信号停止などにより、イグニッションスイッチがＯＮのまま車両が停止したことが確認されると、エンジンが停止される。そして、車両は、アイドルストップ状態に入る。アイドルストップ状態において、例えば運転者がブレーキペダルをリリースするなどの解除信号が発信されると、エコラン制御装置（図略）がインバータ３にアイドルストップ解除つまりエンジン再始動の指示を出す。この指示を受けて、インバータ３は、ＭＧ２を駆動する。
【００２５】
図２に、本実施形態の回転電機駆動装置の信号図を示す。また、図３に、本実施形態の回転電機駆動装置のカウンタ回路の構成図を示す。位置センサ４において、基準信号は、ＭＧ２の電気角一回転につき、一回発信される。また、パルスセンサ５において、パルス信号は、ＭＧ２の電気角一回転につき、３６０回発信される。基準信号およびパルス信号は、入力部３５を介して、カウンタ回路３４に入力される。
【００２６】
カウンタ回路３４のカウンタ３４０においては、ある基準信号から次の基準信号までの間におけるパルス信号の数がカウントアップされる。言い換えると、パルス信号のカウントは、基準信号により電気角一回転ごとにリセットされる。
【００２７】
比較値回路３４１において、Ｕ相比較値は、１８０回に設定されている。また、比較値回路３４２において、Ｖ相比較値は、１２０回に設定されている。また、比較値回路３４３において、Ｗ相比較値は、６０回に設定されている。すなわち、各比較値は、電気角に対して１２０毎のずれを持って設定されている。
【００２８】
通電角信号回路３４４、３４５、３４６においては、各相の比較値と、カウントアップされたパルス信号と、の比較が行われる。そして、パルス信号のカウント数がＵ相比較値である１８０回になったら、通電角信号回路３４４において、Ｕ相通電角信号をＬ（Ｌｏｗ）からＨ（Ｈｉｇｈ）に切り替える。同様に、パルス信号のカウント数がＶ相比較値である１２０回になったら、通電角信号回路３４５において、Ｖ相通電角信号をＨからＬに切り替える。同様に、パルス信号のカウント数がＷ相比較値である６０回になったら、通電角信号回路３４６において、Ｗ相通電角信号をＬからＨに切り替える。各相の通電角信号は、パルス信号のカウント数が、切り替え後１８０回になったら、再び反転される。このようにして、カウンタ回路３４において、各相の通電角信号を作成する。
【００２９】
通電相信号作成部３３は、カウンタ回路３４からの通電角信号を受け、通電相の切り替え信号を発信する。その後、ＰＷＭ重畳回路３２で、相電流抑制の為のＰＷＭ信号を重畳する。そして、切り替え信号およびＰＷＭ信号から得られた駆動信号は、ドライブ回路３１からパワーＭＯＳ３０に出力される。この駆動信号により、パワーＭＯＳ３０のゲートが駆動される。
【００３０】
駆動信号を進角させる場合は、各相の比較値に対して、位相信号を演算する。この演算により、パルス信号の分解能での駆動信号の進角、つまりパルス信号単位での駆動信号の進角を行うことができる。図４に、パルス信号のカウント数で２０回分だけ駆動信号を進角させる場合の信号図を示す。この場合は、図に示すように、Ｕ相通電角信号の切り替えカウント数を、１８０回から１６０回にする（図２参照）。同様に、Ｖ相通電角信号の切り替えカウント数を、１２０回から１００回にする。同様に、Ｗ相通電角信号の切り替えカウント数を、６０回から４０回にする。
【００３１】
次に、本実施形態の回転電機駆動装置の効果について説明する、本実施形態の回転電機駆動装置１によると、位置センサ４およびパルスセンサ５という二つのセンサから、ロータの磁極位置を検出することができる。このため、センサ配置数が少なくて済む。また、パルス信号は電気角での充分な分解能を有する。このため、ロータの磁極位置の検出精度が高い。また、検出精度が高いにもかかわらず、レゾルバなどが不要である。このため、製造コストが低い。
【００３２】
また、本実施形態の回転電機駆動装置によると、通電角信号の切り替えカウント数を変えることにより、駆動信号の進角を行うことができる。言い換えると、パルス信号単位でのきめ細かい進角制御を行うことができる。このため、エンジンの再始動に必要な電動トルクを、ＭＧ２が比較的簡単に出力することができる。
【００３３】
以上、本発明の回転電機駆動装置の実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。
【００３４】
例えば、電気角の整数倍で基準信号を発生させてもよい。また、位置センサ４の配置数は一つではなく、二つ以上であってもよい。すなわち、基準信号の発信数は、電気角一回転につき二回以上でもよい。この場合、各基準信号は、互いに異なる信号となるように設定する。また、基準信号間におけるパルス信号の発信数は、３６０回に限定されない。電気角での充分な分解能があればよい。また、Ｕ相比較値、Ｖ相比較値、Ｗ相比較値は、例えば三相の回転電機の場合、電気角に対して１２０゜ごとのずれを持っていればよい。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によると、センサ配置数が少なく、製造コストが低く、ロータの磁極位置の検出精度が高い回転電機駆動装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の回転電機駆動装置の一実施形態の概要図である。
【図２】本発明の回転電機駆動装置の一実施形態の信号図である。
【図３】本発明の回転電機駆動装置の一実施形態のカウンタ回路の構成図である。
【図４】駆動信号を進角させた場合の信号図である。
【図５】従来の回転電機駆動装置の概要図である。
【図６】従来の回転電機駆動装置の信号図である。
【符号の説明】
１：回転電機駆動装置、２：ＭＧ（回転電機）、３：インバータ、３０：パワーＭＯＳ、３１：ドライブ回路、３２：ＰＷＭ重畳回路、３３：通電相信号作成部、３４：カウンタ回路、３５：入力部、４：位置センサ、５：パルスセンサ、６：バッテリ。

Claims (5)

1. 磁極を持つロータとステータコイルを持つステータとを有する回転電機と、該回転電機の駆動制御を行うインバータと、を備えてなる回転電機駆動装置であって、
   さらに、前記ロータにおいて、前記磁極の位置を基準信号として検出する位置センサと、
   該ロータにおいて、該基準信号よりも波長の短いパルス信号を検出するパルスセンサと、を備え、
   前記インバータは、該検出された基準信号およびパルス信号に基づき、前記磁極位置に対応する前記ステータコイルに駆動信号を出力することを特徴とする回転電機駆動装置。
2. 前記インバータは、所望の電動トルクを確保するために、前記回転電機の回転速度に応じて前記駆動信号を進角させる請求項１に記載の回転電機駆動装置。
3. 前記インバータは、前記パルス信号単位で前記駆動信号を進角させる請求項２に記載の回転電機駆動装置。
4. 前記回転電機は、アイドルストップ後にエンジンを再始動するのに用いられるモータジェネレータである請求項１に記載の回転電機駆動装置。
5. 前記モータジェネレータは、外部に配置されたスタータと併用され、イグニッションスイッチ投入時においては該スタータによりエンジン始動を行い、イグニッションスイッチ投入後においては該モータジェネレータによりエンジン再始動を行う請求項４に記載の回転電機駆動装置。

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